【正文】 ? 為文件分配存儲(chǔ)空間 ? 合理地組織文件地存儲(chǔ)方式 ， 以提高訪問速度 ? 提高磁盤存儲(chǔ)空間地利用率 ? 提高磁盤 I/O速度 ， 改善文件性能 ? 確保文件系統(tǒng)的可靠性 （ 備份 ） 126 磁盤性能簡述 1. 數(shù)據(jù)的組織和格式 磁盤的格式化 127 1) 這種磁盤在每條磁道上都有一讀 /寫磁頭 ， 所有的磁頭都被裝在一剛性磁臂中 。 (3) 驅(qū)動(dòng)程序與 I/O設(shè)備所采用的 I/O控制方式緊密相關(guān) 。 3) 設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序 118 4) 設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的特點(diǎn) (1) 驅(qū)動(dòng)程序主要是指在請(qǐng)求 I/O的進(jìn)程與設(shè)備控制器之間的一個(gè)通信和轉(zhuǎn)換程序。使用特權(quán)Ｉ /Ｏ指令來訪問硬件，它通常是用匯編語言或系統(tǒng)編程語言寫的。 117 ? 為了控制 I/O傳輸，系統(tǒng)為每類設(shè)備編制設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序 ? 設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序 是一種低級(jí)的系統(tǒng)例程。 (2) 在整個(gè)系統(tǒng)中設(shè)置一個(gè) I/O進(jìn)程，專門用于執(zhí)行系統(tǒng)中所有各類設(shè)備的 I/O操作。 (5) 對(duì)于設(shè)置有通道的計(jì)算機(jī)系統(tǒng) ， 驅(qū)動(dòng)程序還應(yīng)能夠根據(jù)用戶的 I/O請(qǐng)求 ， 自動(dòng)地構(gòu)成通道程序 。 113 特點(diǎn) ?1)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的功能 ?2)設(shè)備處理方式 ?3)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的特點(diǎn) 114 設(shè)備處理 (1) 接收由 I/O進(jìn)程發(fā)來的命令和參數(shù)，并將命令中的抽象要求轉(zhuǎn)換為具體要求，例如，將磁盤塊號(hào)轉(zhuǎn)換為磁盤的盤面、 磁道號(hào)及扇 (2) 檢查用戶 I/O請(qǐng)求的合法性 ， 了解 I/O設(shè)備的狀態(tài) ， 傳遞有關(guān)參數(shù) ， 設(shè)置設(shè)備的工作方式 。 ?如果請(qǐng)求到來時(shí)驅(qū)動(dòng)程序空閑 ，則立即執(zhí)行 。 ? “ 輸入進(jìn)程 SPI” ? “輸出進(jìn)程 SPO” 109 Spooling（虛擬設(shè)備）技術(shù) 一個(gè)虛擬設(shè)備 一個(gè)資源轉(zhuǎn)換技術(shù) （用空間，如輸入，輸出等換取 CPU時(shí)間） 解決問題： 在進(jìn)程所需物理設(shè)備不存在或被占用時(shí)使用該設(shè)備 110 輸入進(jìn)程 作業(yè) 1信息 … 作業(yè) n信息 輸入井 作業(yè) 1結(jié)果 … 作業(yè) n結(jié)果 輸出井 輸出進(jìn)程 輸入 緩沖區(qū) 輸出緩沖區(qū) 輸入設(shè)備 輸出設(shè)備 111 設(shè)備處理 ?設(shè)備處理 程序又稱設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序包括與設(shè)備相關(guān)的代碼 ， 它的工作是： 把用戶提交的邏輯 I/O請(qǐng)求轉(zhuǎn)化為物理 I/O操作的啟動(dòng)和執(zhí)行 ，如設(shè)備名轉(zhuǎn)化為端口地址 、 邏輯記錄轉(zhuǎn)化為物理記錄 、 邏輯操作轉(zhuǎn)化為物理操作等 。 例如所有的１２８終端均由一個(gè)驅(qū)動(dòng)程序服務(wù) 。 在這個(gè)映射表中我們還可以看到物理設(shè)備４和１０都是由同一個(gè)驅(qū)動(dòng)程序服務(wù)的 。 為了實(shí)現(xiàn)與設(shè)備的無關(guān)性 ， 系統(tǒng)中必須有一張聯(lián)系邏輯設(shè)備名稱和物理設(shè)備名稱的映射表 ， （ ＬＵＴ表 ） 104 3. 系統(tǒng)的邏輯設(shè)備表 邏輯設(shè)備號(hào) 物理設(shè)備號(hào) 驅(qū)動(dòng)程序地址 1 7 20420 2 7 20420 3 2 20E00 4 4 1FC10 6 1 20D02 7 7 20420 15 10 1FC10 16 11 1FC120 … … …… 105 邏輯設(shè)備與物理設(shè)備 這個(gè)ＬＵＴ中為三個(gè)不同的邏輯設(shè)備號(hào)列出了同樣的物理設(shè)備和驅(qū)動(dòng)程序的地址 。 103 與設(shè)備無關(guān)性 為了提高系統(tǒng)的可適應(yīng)性和可擴(kuò)展性 ， 我們希望 所編制的用戶程序與實(shí)際使用的物理設(shè)備無關(guān) ， 這就是所謂與設(shè)備無關(guān)性 。 101 設(shè)備獨(dú)立性 ?通常用戶不指定特定的設(shè)備 ， 而指定邏輯設(shè)備 ， 使得用戶作業(yè)和物理設(shè)備獨(dú)立開來 ， 再通過其它途徑建立邏輯設(shè)備和物理設(shè)備之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系 ， 稱這種特性為“ 設(shè)備獨(dú)立性 ” 。 ? 系統(tǒng)建立一張系統(tǒng)設(shè)備表 ， 記錄配置在系統(tǒng)中的所有物理設(shè)備的情況 。 由此可見 ， 在多請(qǐng)求方式中 ， 設(shè)備的分配程序應(yīng)保證不發(fā)生進(jìn)程死鎖 。 99 3) 設(shè)備分配的安全性 為了能同時(shí)操作多個(gè)Ｉ /Ｏ設(shè)備以加速進(jìn)程的推進(jìn) ， 應(yīng)使得某進(jìn)程以命令形式發(fā)出Ｉ /Ｏ請(qǐng)求后 ， 仍可繼續(xù)運(yùn)行 ， 需要時(shí)又可發(fā)出第二個(gè) 、 第三個(gè)Ｉ /Ｏ請(qǐng)求 。 ? 優(yōu)先權(quán)最高者優(yōu)先 。 Ｉ /Ｏ設(shè)備的分配與進(jìn)程調(diào)度很能相似 ，同樣可采用如下的一些算法： ? 先請(qǐng)求先服務(wù)：當(dāng)有多個(gè)進(jìn)程對(duì)同一設(shè)備提出Ｉ /Ｏ請(qǐng)求時(shí) ， 該算法要求把所有發(fā)出Ｉ /Ｏ請(qǐng)求的進(jìn)程 ， 按其發(fā)出請(qǐng)求的先后次序排成一個(gè)等待該設(shè)備的隊(duì)列 。 如下表： 設(shè)備控制表（ＤＣＴ） 每個(gè)設(shè)備一個(gè) 控制器表（ＣＯＣＴ） 每個(gè)控制器一個(gè) 通道表（ＣＭＣＴ） 每個(gè)通道一個(gè) 系統(tǒng)設(shè)備表（ＳＤＴ） 整個(gè)系統(tǒng)一個(gè) 94 整個(gè)系統(tǒng)一張表，記錄系統(tǒng)中所有 I/O設(shè)備的信息，表目包括： 設(shè)備類型、設(shè)備標(biāo)識(shí)符、進(jìn)程標(biāo)識(shí)符、 DCT表指針等 1) 系統(tǒng)設(shè)備表 SDT 95 主要內(nèi)容：設(shè)備類型、設(shè)備標(biāo)識(shí)符、設(shè)備狀態(tài)、與此設(shè)備相連的 COCT、重復(fù)執(zhí)行的次數(shù)或時(shí)間、等待隊(duì)列的隊(duì)首和隊(duì)尾指針、 I/O程序地址 3)COCT 4)CHCT COCT和 CHCT與 DCT類似 2) 設(shè)備控制表 DCT 96 設(shè)備控制 通道控制 控制器控制 塊 (DCB) 塊（ CHCB) 塊（ COCB） 設(shè)備標(biāo)示符 通道標(biāo)示符 控制器標(biāo)示符 設(shè)備狀態(tài) 通道狀態(tài) 控制器狀態(tài) 與設(shè)備相連的控制器表 與通道相連的控制器表 與控制器相連的通道表 等待此設(shè)備的進(jìn)程表 等待此通道的進(jìn)程表 等待控制器的進(jìn)程表 三種控制塊 97 設(shè)備分配 (1) ?從設(shè)備的特性來看，可以把設(shè)備分成獨(dú)占設(shè)備、共享設(shè)備和虛擬設(shè)備三類： ?相應(yīng)的管理和分配外圍設(shè)備的技術(shù)可分成：獨(dú)占方式、共享方式和虛擬方式 。 93 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（續(xù)） ? 控制所需之信息 。 ? 設(shè)備管理程序?qū)Γ桑显O(shè)備進(jìn)行分配和控制是借助于一些表格；表格中記錄了對(duì)ＩＯ設(shè)備控制所需之信息 。 ? 每一類設(shè)備都有各自的設(shè)備表 ， 用來登記這類設(shè)備中每一臺(tái)設(shè)備的狀態(tài) ， 包含的內(nèi)容有：物理設(shè)備名 、 邏輯設(shè)備名 、 占有設(shè)備的進(jìn)程號(hào) 、 已分配 /未分配 、 好 /壞等 。 90 設(shè)備分配 91 設(shè)備分配 I/O設(shè)備分配的實(shí)現(xiàn) ? 設(shè)備分配的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：設(shè)備類表和設(shè)備表 。 循環(huán) 緩沖的緩沖區(qū)是系統(tǒng)的公共資源，可供各個(gè)進(jìn)程共享，并由系統(tǒng)統(tǒng)一分配和管理。 85 雙緩沖 (2) 傳輸和處理一塊的時(shí)間 (1) ? 如果 CT，由于 M遠(yuǎn)小于 T，在將磁盤上的一塊數(shù)據(jù)傳送到緩沖區(qū)其間，計(jì)算機(jī)已完成將另一個(gè)緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)傳送到用戶區(qū)并對(duì)這塊數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算的工作，一塊數(shù)據(jù)的傳輸和處理時(shí)間為 T、即 max(C,T)，顯然，這種情況下可保證塊設(shè)備連續(xù)工作； 86 雙緩沖 (3) 傳輸和處理一塊的時(shí)間 (2) ? 如果 CT，當(dāng)上一塊數(shù)據(jù)計(jì)算完畢后，需把一個(gè)緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)傳送到用戶區(qū)，花費(fèi)時(shí)間為 M，再對(duì)這塊數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，花費(fèi)時(shí)間為 C，所以，一塊數(shù)據(jù)的傳輸和處理時(shí)間為 C+M、即max(C,T)+M，這種情況下進(jìn)程不必要等待 I/O。與此同時(shí)，輸入設(shè)備填充緩沖區(qū) 2 ? 當(dāng)緩沖區(qū) 1空出后，輸入設(shè)備再次向緩沖區(qū) 1輸入。 緩沖池為多個(gè)設(shè)備共享 ， 設(shè)備需要時(shí)才接上 ， 用完歸還 。 頭 、 尾指針讀寫時(shí)不能相互超越 。 ? 從系統(tǒng)緩沖區(qū)傳送數(shù)據(jù)到調(diào)用進(jìn)程緩沖區(qū)要花費(fèi)額外的時(shí)間 ， 增加了系統(tǒng)的總開銷 。 ? 緩沖區(qū)：有一定容量、暫存信息的存貯裝置。 ? 那么 CPU如何通知通道做什么？通道又如何告知 CPU其狀態(tài)和工作情況呢？ 76 通道方式 I/O過程三個(gè)階段 l I/O啟動(dòng)階段 2 I/O操作階段 3 I/O結(jié)束階段 77 (1) ?改善中央處理器與外圍設(shè)備之間速度不配的矛盾 ， ?減少對(duì) CPU的中斷頻率 ， ?提高 CPU和 I/O設(shè)備的并行性 。 光纖通道技術(shù)具有數(shù)據(jù)傳輸速率高、傳輸距離遠(yuǎn)，可簡化大型存儲(chǔ)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn) 在大容量高速存儲(chǔ)，如大型數(shù)據(jù)庫、多媒體、數(shù)字影像等應(yīng)用領(lǐng)域，有廣泛前景。 72 5. 通道與 CPU的關(guān)系 ? 主從關(guān)系 ? 可并行工作 ? 有通信方式 ? 作用不同 （ 通道－－Ｉ /Ｏ； ＣＰＵ－－計(jì)算 ） 73 ? 新的通道思想綜合了許多新的技術(shù) ? 在個(gè)人計(jì)算機(jī)中，芯片組中專門 I/O處理的芯片，稱為 IOP（ IO Processor），發(fā)揮通道的作用 ? IBM 390 中，沿用了輸入輸出通道概念 IBM于 1998年推出光纖通道技術(shù)（稱為FICON），可通過 FICON 連接多達(dá) 127個(gè)大容量 I/O設(shè)備。 工作原理 71 （ 通道程序完成實(shí)際 I/O，啟動(dòng) I/O設(shè)備，執(zhí)行完畢后 ,如果還有下一條指令，則繼續(xù)執(zhí)行 , 否則表示傳輸完成） 當(dāng)通道傳輸完成最后一條指令時(shí) ，向 CPU發(fā) I/O中斷 ， 并且通道停止工作 。 4. 通道工作原理 70 CPU：執(zhí)行用戶程序，當(dāng)遇到 I/O請(qǐng)求時(shí)，可根據(jù)該請(qǐng)求生成通道程序放入內(nèi)存（也可事先編好放入內(nèi)存），并將該通道程序的首地址放入 CAW中；之后執(zhí)行 “ 啟動(dòng) I/O”指令，啟動(dòng)通道工作。一個(gè)通道可連接多個(gè)控制器，一個(gè)控制器可連接多個(gè)設(shè)備，形成樹形交叉連接 主要目的是啟動(dòng)外設(shè)時(shí)： a 提高了控制器效率 b 提高可靠性 c 提高并行度 64 65 交叉連接 66 通道地址字 CAW： 記錄通道程序在內(nèi)存中的地址 通道命令字 CCW： 保存正在執(zhí)行的通道指令 通道狀態(tài)字 CSW： 存放通道執(zhí)行后的返回結(jié)果 通道數(shù)據(jù)字 CDW： 存放傳輸數(shù)據(jù) 通道和 CPU共用內(nèi)存，通過周期竊取方式取得 通道運(yùn)算控制部件 67 用于 I/O操作的命令主要有兩種： I/O指令：啟動(dòng)通道程序 通道命令：對(duì) I/O操作進(jìn)行控制 讀、反讀、寫、測試設(shè)備狀態(tài)的數(shù)據(jù)傳輸命令、用于設(shè)備控制的命令（磁帶反繞、換頁）、實(shí)現(xiàn)通道程序內(nèi)部控制的轉(zhuǎn)移命令 2) 通道命令 68 通道命令和通道程序 (2) IBM370系統(tǒng)的通道命令 命令碼 數(shù)據(jù)主存地址 標(biāo)志碼 傳送字節(jié)個(gè)數(shù)